As-tu déjà observé le mécanisme qui se trouve sur ton vélo, qui permet de faire tourner la roue, si on fait tourner les pédales ?
Les engrenages ont été créés pour permettre aux Hommes de surpasser les limites physiques de l’être humain. On retrouve des traces de l’utilisation de systèmes d’engrenage remontant aux Égyptiens et aux Grecs, leur permettant des accomplissements techniques remarquables.
Encore aujourd’hui, les engrenages sont indispensables, notamment pour faire fonctionner les machines possédants des systèmes automatisés, notamment les voitures. Si la force ne vient plus de l’humain, elle est toujours transmise de la même manière.
Un système d’engrenage est composé d’une ou plusieurs roues dentées. La plus petite roue s’appelle le pignon. Deux roues côte à côté vont tourner dans le sens inverse l’une de l’autre.
Nous avons fabriqué un engrenage pour mieux comprendre…
L’objet est une boîte en carton, dans laquelle se trouve un système d’engrenage. Un engrenage est un ensemble d’au moins deux parties mécaniques qui sont créées de façon à permettre la transmission d’énergie entre eux. En effet, les roues dentées sont indispensables au fonctionnement de l’engrenage, puisqu’elles entrent en contact et transmettent la puissance à l’aide des dents.
Les dents doivent permettre de toujours maintenir le contact entre les deux roues, d’assurer une rotation continue d’une roue par rapport à l’autre et de ne pas bloquer le fonctionnement de l’engrenage. Les dents sont construites selon une courbe précise qui va permettre de créer un point de pression sans blocage.
Pour mieux comprendre le mécanisme des engrenages, nous avons fabriqué l’objet de façon à ce qu’une bille puisse passer à travers, comme si elle représentait l’énergie qui fait tourner les engrenages.
Voici un système d’engrenage en action pour mieux comprendre :
Pour les enseignants :
Nous vous proposons une séquence en 4 ou 5 séances d’environ 45 minutes afin d’aider les élèves à comprendre le fonctionnement d’un engrenage.
Les compétences à mettre en oeuvre se situent dans le domaine des sciences et technologies au Cycle 3 :
Matière, mouvement, énergie, information
- Observer et décrire différents types de mouvements
Nous verrons que les élèves auront à réaliser un schéma avec des flèches notamment pour décrire les mouvements effectués dans et par l’objet technique. Ces hypothèses seront vérifiables grâce à l’observation des mouvements effectués par l’objet technique.
- Identifier différentes ressources en énergie et connaitre quelques conversions d’énergie
Grâce à cet objet technique, on peut observer l’énergie transmise par l’Homme sur un objet, qui est transmise par le mécanisme de cet objet.
Matériaux et objets techniques
- Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions
Décrire le fonctionnement de l’objet technique se fera surtout à l’oral, en petits groupes ou en classe entière. Lors de la visite découverte, les élèves pourront découvrir les fonctions des engrenages, puis dans la suite de la séquence leur constitution.
- Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin
Le projet final de la séquence sera la construction d’un objet technique en petits groupes. Les élèves devront alors mobiliser les connaissances qu’ils auront acquis pour pouvoir faire fonctionner l’objet correctement.
Ils devront prendre des décisions concernant le placement des engrenages pour qu’ils puissent tourner, sans se bloquer, et justifier ces choix devant la classe.
Séquence :
La séquence que nous avons imaginé permet de partir de la découverte d’engrenages en mouvement, lors d’une visite de découverte lors de la séance 1 au « poète Ferrailleur » à Lizio (56). On peut aussi imaginer le visionnage d’une vidéo ou l’apport d’un objet en classe si la sortie n’est pas possible.
La seconde séance permet de reconnaitre un système d’engrenage en manipulant des objets du quotidien et repérer s’il s’agit ou non d’un système d’engrenage.
La séance 3 va permettre de comprendre un système d’engrenage, en prenant en main l’objet technique réalisé par les étudiants, ou tout autre objet comprenant un système d’engrenage. Les élèves devront émettre des hypothèses sur la transmission d’énergie, la rotation… à travers un schéma avec des flèches, des couleurs, puis vérifier cette hypothèse en manipulant l’objet.
Enfin, la séance 4 (et si nécessaire une séance 5) tournera autour de la construction d’un objet technique, par des groupes de 4 ou 5 élèves. On pourra mettre un cahier des charges, une fiche de route à disposition des élèves. Ils devront prendre les décisions concernant le placement des engrenages pour qu’ils tournent.
Conseil pour le choix des matériaux :
– Choisir un carton assez solide mais aussi facile à plier et à découper !
